Идентификация электрически активных дефектов полупроводниковых интегральных схем путем определения параметров глубоких центров

Важную роль в обеспечении долгосрочной безотказной работы космических аппаратов играет устойчивость элементов бортовой аппаратуры к воздействию окружающей среды космического пространства, таким как: радиационному воздействию, широкому диапазону температур, вакууму и другим агрессивным факторам космической среды. Электроника, применяемая в узлах космической электроники, должна обладать высокой надёжностью и длительным сроком службы, поэтому важно не допустить попадание в неё потенциально ненадёжных приборов и интегральных схем (ИС). Определение однородных партий полупроводниковых компонентов, используемых в устройствах космической электроники, представляет собой ключевую задачу в совершенствовании качества этих устройств, что, в свою очередь, способствует увеличению срока службы и надежности космической техники. Для отбраковки полупроводниковых изделий в производстве активно применяются различные технологические процессы, в первую очередь, электротермотренировка (ЭЭТ). Из-за значительных экономических затрат, связанных с проведением таких испытаний, в настоящее время получили широкое распространение альтернативные методы диагностики, которые позволяют выявлять потенциально ненадежные изделия с меньшими затратами, при этом обеспечивая зачастую более эффективные результаты.
Одной из характеристик, определяющих качество и надежность серийно производимых полупроводниковых изделий, является наличие скрытых дефектов производства, которые могут привести к выходу из строя изделий в процессе их эксплуатации. Даже небольшие концентрации поверхностных и объемных дефектов могут значительно влиять на характеристики приборов, используемых в космическом пространстве. Современные методы выращивания кремниевых монокристаллов обеспечивают высокую чистоту материала с минимальным содержанием примесей. Поскольку последующие этапы технологического производства полупроводниковых приборов и интегральных схем приводят к неконтролируемому введению дефектов, существенно влияющих на параметры готовых приборов, необходимо использовать методы дополнительного контроля, позволяющие выявить потенциальные дефекты.
Емкостная релаксационная спектроскопия глубоких уровней (РСГУ) – это метод, широко используемый для изучения электрически активных дефектов в полупроводниках. Данный метод обладает высокой чувствительностью к малым концентрациям дефектов, позволяет различать сигналы от глубоких центров с различными энергиями активации, исследовать как дефекты в объёме полупроводника, так и дефекты на границе раздела Si/SiO2. Следовательно, емкостная РСГУ может стать перспективным методом дополнительного контроля, который позволит снизить количество потенциально ненадёжных компонентов в партии до этапа ЭТТ и, таким образом, уменьшить затраты на отбраковочные испытания.
РСГУ позволяет идентифицировать дефект, который может привести к отказу компонента, путем определения следующих параметров глубоких центров: сечение захвата, энергия активации, распределение концентрации в объёме полупроводника.
В результате НИР № 5347/22 «Обоснование новых методов контроля потенциальных дефектов КМОП ИМС и компенсации процессов радиационной деградации детекторов ТЗЧ», выполненной в рамках научной программы Национального центра физики и математики, были проведены исследования микросхем IN74VHC02D производства завода "Интеграл" из одной партии методами РСГУ. Полученные значения энергии активации отличаются, а их трехсигнальные интервалы не пересекаются, следовательно, возможно предположить, что микросхемы содержат различные потенциальные дефекты, которые могут быть определены при помощи емкостной РСГУ. Результаты обсуждаются.